DE1192280B - Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen.
• Die Umwandlung der chemischen Energie einer ganzen Reihe von organischen Verbindungen in elektrochemische Energie unter Benutzung eines Brennstoffelementes ist an sich seit langem bekannt. Sie ließ sich jedoch bisher nur für relativ kostspielige organische Verbindungen durchführen, so daß die Energiegewinnung unwirtschaftlich wurde. Bisher konnten nämlich nur solche organischen Verbindungen Verwendung finden, die irgendeine oxydierbare funktionelle Gruppe in ihrem Molekül enthalten. Als solche Stoffe kamen insbesondere ein- und mehrwertige Alkohole, Aldehyde und eine Reihe anderer Reduktionsmittel in Frage.
• Dagegen war es bisher nicht möglich, die in großem Umfange vorhandenen und deshalb billigen Kohlenwasserstoffe in Niedertemperatur-Brennstoffelementen umzusetzen. Bei den ungesättigten Kohlenwasserstoffen zeigte sich vielmehr sogar statt einer Dehydrierung eine Hydrierung, wobei der von der Aktivierung her im Katalysator gespeicherte Wasserstoff verbraucht wurde, so daß diese Stoffe keine Brennstoffe für das Brennstoffelement darstellten, sondern vielmehr den Katalysator zerstörten.
• Hier schafft nun die vorliegende Erfindung dadurch Abhilfe, daß gesättigte oder ungesättigte aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Oxydationsmittel, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft, gemischt und an einem von der Brennstoffelektrode räumlich getrennten Katalysator partiell oxydiert werden, worauf die Oxydationsprodukte einer Brennstoffelektrode zugeführt und an dieser elektrochemisch umgesetzt werden.
• Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung werden also am Katalysator bei den verwendeten Kohlenwasserstoffen sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen gebildet, die sich anschließend an der Brennstoffelektrode elektrochemisch umsetzen lassen. Außerdem kommt es infolge des exothermen Verlaufs der Oxydation zu einer starken örtlichen Aufheizung des Katalysators, die ihrerseits wiederum dazu führt, daß neben der eigentlichen Oxydation noch ein sogenannter Kettenabbruch bei den Kohlenwasserstoffen auftritt. Die auf diese Weise gebildeten freien Radikale können dann wieder ihrerseits mit dem zugeführten Oxydationsmittel in der Weise reagieren, daß neue Substanzen mit funktionellen Gruppen entstehen, die ebenfalls an der Brennstoffelektrode unter Energiegewinnung umgesetzt werden können.
• Zur Einleitung der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Reaktionen kann es zweckmäßig sein, dem Gemisch von Kohlenwasserstoff und Oxydationsmittel noch Wasserstoff in geringen Mengen beizumischen, und ebenso ist es selbstverständlich möglich, die beim ersten Durchlauf durch die Oxydationszone an dem Katalysator nicht völlig umgesetzten Kohlenwasserstoffe im Rahmen eines Gaskreislaufs mehrmals in die Reaktionszone einzubringen.
• Man benutzt zweckmäßig als Katalysatorzone einen porösen Körper, der mit den erforderlichen Katalysatoren für die partielle Oxydation der Kohlenwasserstoffe getränkt ist. Der poröse Körper braucht dabei nicht unbedingt aus einem elektronisch leitenden Material zu bestehen. Als besonders geeignete aktive Materialien für den Katalysatorkörper haben sich Platin, Palladium und Silber erwiesen. Das einzige Erfordernis besteht dabei in einer feinen Verteilung dieser Metalle, während die Art ihrer Fixierung auf dem porösen Träger belanglos ist.
• Für größere Anlagen ist es ohne weiteres möglich, statt in die Zuführung zu jeder einzelnen Brennstoffelektrode einen gesonderten Katalysatorkörper einzubauen, mehreren Brennstoffelektroden einen einzigen Katalysator zuzuordnen. Die Zuführung der anoxydierten Kohlenwasserstoffe zu den Brennstoffelektroden kann dann entweder direkt oder auch nach deren Durchmischung mit dem Elektrolyten in gelöster Form erfolgen.
• Eine mögliche Ausführungsform für eine gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Aufbereitungsanlage ist in der Zeichnung näher erläutert.
• Diese Aufbereitungsanlage besitzt ein Sammelgefäß 1 aus V2A-Stahl, in dem der voroxydierte Brennstoff gesammelt und einer beliebigen Anzahl von Brennstoffelektidden zugeführt werden kann. Das Sammelgefäß 1 ist über ein Rohr 2 aus V2A-Stahl mit der Voroxydationskammer 3 verbunden, die aus V2A-Stahl bestehen kann und mit Platinasbest 4 gefüllt ist. Ein Sieb 5, das auch durch eine Fritte aus Keramik oder einen Metallsinterkörper ersetzt werden kann, .verhindert das Herunterfallen von Platinasbest in das Sammelgefäß 1. Die Zufuhr des Gemisches aus Kohlenwasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft zu der Aufbereitungskammer 3 erfolgt über das Rohr 6, das ebenfalls aus V2A-Stahl besteht. Brennstoff, der beim erstmaligen Durchlauf durch die Aufbereitungskammer noch nicht partiell oxydiert ist, kann über das Rohr 7, das mit einem Rückflußkühler 8 ausgestattet ist, wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Als Antrieb für diesen Rückstrom dient eine Pumpe 9. In die Rohre 6 bzw. 7 sind Rückschlagventile 10 und 11 eingesetzt, die dem Brennstoffkreislauf die gewünschte Richtung aufzwingen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verfahren zum Betrieb von galvanischen Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenwasserstoffe an einem von der Brennstoffelektrode räumlich getrennten Katalysator partiell oxydiert und die partiell oxydierten Brennstoffe an der Brennstoffelektrode elektrochemisch umsetzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 397 212; deutsche Auslegeschriften Nr. 1019 361, 1059 990, 1063 489; USA.-Patentschrift Nr. 2 562 858; Catalysis 1940; S. 780 bis 786.